تقييم التوليف والأداء ل ZnCoS / ZnCdS مع هيكل بلوري مزدوج للتحفيز الضوئي للأكسدة والاختزال متعدد الوظائف في تطبيقات الطاقة

يدرس فريقنا البنى النانوية الهجينة للطاقة النظيفة والبيئات، مع التركيز على الآليات النانوية التحفيزية لتعزيز الكفاءة والانتقائية وقابلية التوسع في تحويل الطاقة الشمسية إلى المواد الكيميائية ومعالجة البيئة عبر التحفيز الضوئي والتحفيز الكهربائي. تشمل التطورات الحديثة المواد النانوية ثنائية الأبعاد، والمركبات النانوية القائمة على الكربون، والوصلات غير المتجانسة القائمة على الميتابيسلفيت لتطبيقات الأكسدة الضوئية في تطور الهيدروجين، وتحويل ثاني أكسيد الكربون، وإعادة تشكيل البلاستيك، والتخليق العضوي، مما يعزز الكفاءة الشمسية إلى الكيميائية والاستدامة. ركز عملي على إنشاء محفزات نانوية متقدمة لعملية التمثيل الضوئي الاصطناعية والتحفيز الحراري الضوئي، محققا تحسينات كبيرة في إنتاج الهيدروجين والغاز الصناعي المدفوع بالطاقة الشمسية، مع تدوير كيمياء السطح الأساسية وآليات التفاعل التي تدفع تحويلات الطاقة المستدامة.

يستغل بروتوكولنا كبريتيد الزنك والنحاس بدلا من كبريتيد الكادميوم والزنك بين وصلات الورتزيت والزنكبلند، وخزانات إلكترونات كبريتيد النحاس والزنك، مما يتيح فصل شحنات متفوقة، واستخدام الضوء المرئي، وتطورات الهيدروجين ذات الوظيفة المزدوجة وإنتاج البنزالديهايد، مع كفاءة محسنة بشكل ملحوظ. يركز بحثي المستقبلي على تصميم محفزات ضوئية وكهربائية متقدمة لتحويل أول أكسيد الكربون، وتحويل الميثان، وتحويل النترات إلى الأمونيا، وإنتاج وتخزين الهيدروجين، وتحويل الكتلة الحيوية، وإعادة تدوير البلاستيك بهدف تحقيق تطبيقات قابلة للتوسع وفعالة ومستدامة من الطاقة الشمسية إلى الطاقة الكيميائية بكفاءة تزيد عن 5٪. للبدء، ضع كأسا بسعة 100 ملليلتر على سطح العمل واصب 40 ملليتر من محلول الإيثيلين جليكول فيه. باستخدام الملعقة، أضف أسيتات الزنك ديهيدرات، أسيتات الكوبالت تتراهيدرات، وثيوأسيتاميد إلى المحلول.

خضع المحلول للعلاج بالموجات فوق الصوتية لمدة 30 دقيقة. ثم حركه باستمرار لمدة أربع ساعات عند درجة حرارة المحيط. انقل الخليط الناتج إلى معقم صناعي مبطن بالبوليمر المقاوم للصدأ بسعة 100 ملليتر.

ثم انقل المحلول إلى فرن مسخن مسبقا وسخن على حرارة 180 درجة مئوية لمدة 12 ساعة. باستخدام جهاز طرد مركزي، اجمع الرواسب الرمادية الداكنة. ثم اغسل الراسب ثلاث مرات، كل مرة بالماء منزوع الأيونات والإيثانول.

جفف العينة الرمادية الداكنة المغسولة في فرن طوال الليل عند درجة حرارة 60 درجة مئوية للحصول على مسحوق كبريتيد الزنك الرمادي الداكن. لتصنيع كبريتيد الكادميوم من الزنك، صب 40 ملليلتر من الماء منزوع الأيونات في كأس بسعة 100 ملليلتر. باستخدام الملعقة، أضف ديهيدرات أسيتات الزنك، وديهيدرات أسيتات الكادميوم، وهيدرات كبريتيد الصوديوم، وثيوأسيتاميد إلى المحلول.

خضع المحلول للعلاج بالموجات فوق الصوتية لمدة 30 دقيقة، ثم تحريك لمدة ثلاث ساعات عند درجة حرارة المحيط. بعد ذلك، أضف محلول هيدروكسيد الصوديوم المائي 0.2 مول، بشكل قطري في المحلول المختلط لضبط الرقم الهيدروجيني إلى 7.0. انقل المحلول المعدل إلى معقم صناعي مبطن ببوليمر مقاوم للصدأ بسعة 100 ملليلتر.

ثم ضع المحلول في الفرن وسخنه على 180 درجة مئوية لمدة 24 ساعة. باستخدام جهاز طرد مركزي، اجمع الراسب الأصفر، ثم غسل الرواسب ثلاث مرات لكل منها بالماء منزوع الأيونات والإيثانول. انقل الترسيب المغسول إلى الصفر إلى الفرن وجففه طوال الليل عند درجة حرارة 60 درجة مئوية للحصول على مسحوق صلب. كبريتيد الكادميوم والزنك.

لتصنيع المحفز الضوئي، قم بإذابة 4 ملليغرامات من كبريتيد الكوبالت الزنك و0.196 جرام من كبريتيد الكادميوم الزنكي في 40 ملليتر من الماء منزوع الأيون. بعد التصوير بالموجات فوق الصوتية، اجمع الرواسب الأصفر، ثم غسل العينة ثلاث مرات، كل مرة بماء منزوع الأيونات والإيثانول. انقل الترسب الأصفر المغسول إلى الفرن وجففه طوال الليل عند درجة حرارة 60 درجة مئوية.

المنتج النهائي هو مسحوق صلب من كبريتيد الكوبالت الزنك المصفر وكبريتيد الكادميوم الزنك. أضف 20 ملليغرام من المحفز الضوئي المركب و60 ملليتر من محلول البنزيل الكحولي المائي إلى كأس بسعة 100 ملليتر. ضع الكأس في منظف بالموجات فوق الصوتية وقم بإجراء الفحص فوق الصوتي لمدة 30 دقيقة.

ثم نقل المحلول إلى خلية مفاعل إشعاع علوي ثلاثي الأعقاب وأدخل قضيب تحريك مغناطيسي. حافظ على المحلول تحت التحريك البطيء طوال عملية التفاعل. بعد ذلك، قم بتوصيل مصيدة رطوبة بالجانب السفلي من خلية المفاعل.

ثم قم بتوصيل المخرج بمدخل حلقة أخذ عينات الغاز في نظام كروماتوغرافيا الغاز. علاوة على ذلك، قم بتوصيل مخرج حلقة أخذ عينات الغاز بمدخل خلية المفاعل لتشكيل نظام دوران غاز مغلق. أغلق المفاعل بنافذة زجاجية.

ثم قم بتطهير غاز النيتروجين بمعدل تدفق 50 ملليلتر في الدقيقة عبر المفاعل لمدة 30 دقيقة لإزالة كل الهواء بداخله. الآن، شغل المضخة البائسة واضبط معدل التدفق على 20 ملليلتر في الدقيقة لتدوير غاز النيتروجين داخل نظام دوران الغاز المغلق. شغل مصباح الزينون عند 15 فولت ووضعه بحيث يمر الضوء عبر نافذة زجاجية ويصل إلى المحلول داخل المفاعل.

بمجرد اكتمال التفاعل، باستخدام فلتر حقن نايلون بحجم 0.22 ميكرومتر، قم بترشيح ملليتر واحد من التعليق. قم بتخفيف التعليق المصفى بالماء منزوع الأيونات بنسبة 1 إلى 9. وأخيرا، استخدم نظام كروماتوغرافيا سائل عالي الأداء مزود بكاشف مصفوفة الديودات الضوئية وعمود أنغستروم عالي الأداء 100.

أكدت صور المجهر الإلكتروني النفاذي عالية الدقة وجود طور الزنكبلند والورتزايت في كبريتيد الكادميوم للزنك، وميزت حدود الطور بوضوح بين المجالين البلوريين. تمت ملاحظة بنية الطور التداخل بين كبريتيد الكوبالت الزنك وكبريتيد الكادميوم غير المتجانس بوضوح، مما أظهر نجاح دمج كبريتيد الكوبالت الزنك على مراحل الزنكبلند والورتزيت في كبريتيد الكادميوم الزنك. أظهرت أطياف الامتصاص المرئي للأشعة فوق البنفسجية أن كبريتيد الكادميوم للزنك كان يمتص أعلى في المنطقة المرئية مقارنة بكبريتيد الزنك الكوبالت، كما أن كبريتيد الكوبالت الزنك وكبريتيد الكادميوم الزنك أظهرا امتصاصا محسنا قليلا مقارنة بكبريتيد الكادميوم الزنكي وحده.

تم حساب فجوة النطاق البصري لكبريتيد الكادميوم والزنك لتكون حوالي 2.49 إلكترون بناء على تحليل مخطط الحديث. كشفت متساويات الحرارة في امتصاص/إزالة النيتروجين أن عينات كبريتيد الكوبالت الزنك وكبريتيد الكادميوم الزنك أظهرت خصائص ميزومية، مع زيادة حادة في الامتصاص عند الضغط النسبي بالقرب من 1.0. كان توزيع حجم المسامات في كبريتيد الكوبالت الزنك وكبريتيد الكادميوم في الزنك مركزا بشكل أساسي بين 25 و35 نانومتر، مما يؤكد الطبيعة المتوسطة المسامية للمادة.